CN110804108B - 一种体内植入用水溶性海藻酸盐的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及体内植入用天然多糖技术领域，具体涉及一种体内植入用水溶性海藻酸盐的制备方法。以市售食品级或药用辅料级水溶性海藻酸盐为原料，经微孔过滤及多级活性炭吸附后，再经酸化形成凝胶，此凝胶经碱性溶液洗脱后重新溶解并经多粘菌素B琼脂糖吸附后，在无菌环境下，用有机溶液将海藻酸盐析出并真空干燥，获得体内植入用海藻酸钠。本发明利用物理吸附、亲和吸附及化学螯合的协同作用，去除杂蛋白和内毒素等杂质，其制备过程中无杂质离子引入，避免了离子残留对产品品质的不良影响，所得海藻酸盐纯度高，能够体内植入用；应用折叠膜滤芯及活性炭吸附，完成高黏度液体微孔过滤；采用二流体喷嘴进行分散制粒，适于工业化批量生产。

Description

一种体内植入用水溶性海藻酸盐的制备方法
技术领域
本发明涉及体内植入用天然多糖技术领域，具体涉及一种体内植入用水溶性海藻酸盐的制备方法。
背景技术
海藻酸(alginic acid，ALG)是由β-D-甘露糖醛酸和α-L-古罗糖醛酸通过1-4糖苷键混合共聚连接而成的天然多糖。海藻酸的钠、钾、铵等一价离子盐具有良好的水溶性，其中海藻酸钠(NaALG)是最为常用的海藻酸盐。海藻酸盐水溶液遇到Ca2+、Ba2+等二价离子时，形成不溶性藻酸盐凝胶，具有良好的网络结构、生物相容性和降解性，已广泛的应用于医学和临床研究，是组织工程热点材料之一。现有海藻酸钠制备方法包括酸凝酸化法、钙凝酸化法、钙凝离子交换法、酶解提取法等，但研究表明海藻酸钠中残留的杂蛋白、内毒素等杂质是影响其生物相容性的重要因素。对此，从上世纪七十年代开始，许多研究者都致力于海藻酸钠中杂蛋白、内毒素等杂质的去除研究，其中德国学者Klock等提出的Klock法与荷兰学者De Vos P提出的De Vos P法对于上述杂质有一定去除效果，但处理中使用了氯仿、乙醚等毒性较大的有机溶剂，且产品处理量小，产率低，内毒素等杂质去除效果仍达不到体内应用要求。
我国海藻酸钠规模化生产制备仅限于工业级、食品级及药用辅料级。马小军等报道了一种组织工程用海藻酸钠的制备方法，该处理方法产品可达到我国国家食品药品监督管理局颁布的组织工程用的高纯度海藻酸钠质量标准(YY/T 0606.8-2008《组织工程医疗产品第8部分：海藻酸钠》)，但工艺中，凝胶微球制备工艺效率低，无法满足批量生产需求，引入的Ba2+或Ca2+难以脱除干净，残留离子影响产品纯度及性能。另外，单纯的活性炭吸附对内毒素去除效果非常有限，严重限制其在体内注射及植、介入制品中的应用。
发明内容
基于上述背景，本发明提供了一种体内植入用水溶性海藻酸盐的制备方法，以市售食品级或药用辅料级水溶性海藻酸盐为原料，经微孔过滤及多级活性炭吸附后，再经酸化形成凝胶，此凝胶经碱性溶液洗脱后重新溶解并经多粘菌素B琼脂糖吸附后，在无菌环境下，用有机溶液将海藻酸盐析出并真空干燥，获得体内植入用海藻酸钠，其杂蛋白、内毒素等杂质去除率高，并无杂质离子引入，能够适于工业化批量生产。
本发明采用以下的技术方案：
一种体内植入用水溶性海藻酸盐的制备方法，以市售食品级或药用辅料级水溶性海藻酸盐为原料，经微孔过滤及多级活性炭吸附后，再经酸化形成海藻酸凝胶微球；此海藻酸凝胶微球经碱性溶液洗脱后重新溶解并经多粘菌素B琼脂糖吸附后，在无菌环境下，用有机溶液将海藻酸盐析出并真空干燥。
进一步地，所述水溶性海藻酸盐为海藻酸钠、海藻酸钾和/或海藻酸铵。
进一步地，经微孔过滤及多级活性炭吸附后，再经酸化形成海藻酸凝胶微球的具体过程为：
S1.将原料溶解在纯化水中，得水溶性海藻酸盐溶液，浓度为0.3％～3％g/ml；
S2.将水溶性海藻酸盐溶液经微孔折叠膜滤芯过滤后加入活性炭进行吸附，水溶性海藻酸盐与活性炭的质量比为5:1～0.1:1，室温条件下机械搅拌0.5～20小时；
S3.将含活性炭溶液利用微孔折叠膜滤芯进行脱碳，将经脱碳后所得溶液再次加入活性炭，重复吸附及脱碳过滤过程；
S4.将步骤S3所得海藻酸盐溶液经二流体雾化喷头喷入浓度0.01M～2M酸溶液中形成海藻酸凝胶微球，经2～48小时浸泡后，用纯化水充分洗涤海藻酸凝胶微球。
进一步地，所述微孔折叠膜滤芯为孔径0.8μm、0.45μm、0.22μm的聚丙烯滤芯、聚醚砜滤芯或聚四氟乙烯滤芯。
进一步地，步骤S3中，所述吸附及脱碳过滤过程为1～5次。
进一步地，步骤S4中，所述酸溶液为盐酸、醋酸和/或硫酸。
进一步地，所述海藻酸凝胶微球经碱性溶液洗脱后重新溶解并经多粘菌素B琼脂糖吸附的具体过程为：
K1.将洗涤后的海藻酸凝胶微球置于pH 8.0～10.0，50mM～500mM的碱性溶液中，海藻酸凝胶微球与碱性溶液的体积比为2:1～0.2:1，浸泡8～48小时，然后将海藻酸凝胶微球取出，用纯化水充分洗涤；
K2.向洗脱后的海藻酸凝胶微球中加入pH 9.0～14.0的碱性溶液直至微球溶解，调节溶液pH 6.0～8.0；
K3.向步骤K2所得溶液中加入体积比0.1％～10％的多粘菌素B琼脂糖，搅拌吸附0.5～12小时，用孔径0.8μm混合纤维素酯滤膜过滤除去多粘菌素B琼脂糖。
进一步地，步骤K1、K2中，所述碱性溶液分别为碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液、碳酸钾溶液、氢氧化钾溶液或氨水。
进一步地，所述在无菌环境下，用有机溶液将海藻酸盐析出并真空干燥的具体过程为：
将被多粘菌素B琼脂糖吸附后的海藻酸盐溶液经孔径0.2μm混合纤维素酯滤膜无菌过滤，在无菌环境下缓慢倒入有机溶液中形成沉淀，沉淀经过滤浓缩后真空干燥即可获得水溶性体内植入用海藻酸盐。
进一步地，所述有机溶液为C1～C3的醇、醚和/或酮；海藻酸盐溶液与有机溶液的体积比为1:1～1:10。
本发明具有的有益效果是：
以市售食品级或药用辅料级水溶性海藻酸盐为原料，利用物理吸附、亲和吸附及化学螯合的协同作用，去除杂蛋白和内毒素等杂质，其制备过程中无杂质离子引入，避免了离子残留对产品品质的不良影响，所得海藻酸盐纯度高，能够体内植入用；应用折叠膜滤芯及活性炭吸附，完成高黏度液体微孔过滤；采用二流体喷嘴进行分散制粒，适于工业化批量生产。
附图说明
图1为不同制备方法的海藻酸钠杂蛋白含量检测结果；
其中，a为标准曲线；b中A为海藻酸钠原料(药用辅料)，B为文献方法制备的海藻酸钠(Klock法)，C为文献方法制备的海藻酸钠(De Vos P法)，D为文献方法制备的海藻酸钠(专利CN101831002A)，E为本发明制备的海藻酸钠；
图2为不同制备方法的海藻酸钠细菌内毒素检测结果；
其中，a为标准曲线；b中A为海藻酸钠原料(药用辅料)，B为文献方法制备的海藻酸钠(Klock法)，C为文献方法制备的海藻酸钠(De Vos P法)，D为文献方法制备的海藻酸钠(专利CN101831002A)，E为本发明制备的海藻酸钠。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体的说明：
一种体内植入用水溶性海藻酸盐的制备方法，包括以下步骤：
(1)将市售食品级或药用辅料级水溶性海藻酸盐(海藻酸钠、海藻酸钾和/或海藻酸铵)溶解在纯化水中，得水溶性海藻酸盐溶液，浓度为0.3％～3％(w/v，g/ml)；
(2)将水溶性海藻酸盐溶液经微孔折叠膜滤芯(孔径0.8μm、0.45μm、0.22μm的聚丙烯滤芯(PP)、聚醚砜滤芯(PES)或聚四氟乙烯滤芯(PTFE))过滤后加入活性炭进行吸附，水溶性海藻酸盐与活性炭的质量比为5:1～0.1:1，室温条件下机械搅拌0.5～20小时；
(3)将步骤(2)中经活性炭吸附的溶液利用微孔折叠膜滤芯进行脱碳，所得溶液再次加入活性炭，重复吸附及脱碳过滤过程1～5次；
(4)将步骤(3)所得海藻酸盐溶液经二流体雾化喷头喷入浓度0.01M～2M酸溶液(酸溶液：盐酸、醋酸、硫酸、上述酸任意比例混合)中形成海藻酸凝胶微球，经2～48小时浸泡后，用纯化水充分洗涤；
(5)将洗涤后的海藻酸凝胶微球置于pH 8.0～10.0，50mM～500mM的碱性溶液(碱性溶液：碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液、碳酸钾溶液、氢氧化钾溶液或氨水，海藻酸凝胶微球与碱性溶液的体积比＝2:1～0.2:1)中浸泡8～48小时(调整pH值、碱性溶液浓度、微球与碱性溶液的体积比，最后整体体系仍为酸性)，然后将海藻酸凝胶微球取出，再次用纯化水充分洗涤；
(6)向洗脱后的海藻酸凝胶微球中加入pH 9.0～14.0的碱性溶液直至微球溶解，调节溶液pH 6.0～8.0；
(7)向步骤(6)所得溶液中加入体积比0.1％～10％的多粘菌素B琼脂糖，搅拌吸附0.5～12小时，之后用孔径0.8μm混合纤维素酯滤膜过滤除去多粘菌素B琼脂糖；
(8)将步骤(7)所得溶液(海藻酸盐溶液)再经孔径0.2μm混合纤维素酯滤膜无菌过滤，在无菌环境下缓慢倒入有机溶液中形成沉淀(有机溶剂：C1～C3的醇、醚、酮或它们的任意比混合物，海藻酸盐溶液与有机溶液的体积比＝1:1～1:10)，沉淀经过滤浓缩后真空干燥即可获得水溶性体内植入用海藻酸盐。
实施例1
1.将市售药用辅料级海藻酸钠10g加入到2L蒸馏水中，使用机械搅拌进行溶解，机械搅拌转速为1500rpm，搅拌时间为6小时，得到含量为0.5％(g/ml)的海藻酸钠溶液。
2.步骤1所得溶液经孔径0.8μm微孔折叠膜滤芯过滤，后加入50g活性炭，室温下机械搅拌6小时。
3.含活性炭溶液经孔径0.8μm微孔折叠膜滤芯过滤除去活性炭，所得溶液中再次加入活性炭，重复吸附及脱碳过滤过程2次。
4.将步骤3所得海藻酸盐溶液喷入浓度0.5M盐酸溶液中形成海藻酸凝胶微球，经8小时浸泡后，用纯化水充分洗涤凝胶微球。
5.将海藻酸凝胶微球置于2L、100mM碳酸钠溶液中浸泡24小时，然后将凝胶微球取出，以纯化水充分洗涤。
6.向洗脱后的海藻酸凝胶微球中，加入pH 12.0氢氧化钠溶液中，直至微球溶解，最终溶液pH 7.5。
7.向溶液中加入50mL的多粘菌素B琼脂糖，搅拌吸附4h，以孔径0.8μm混合纤维素酯滤膜过滤除去多粘菌素B琼脂糖。
8.溶液经孔径0.2μm混合纤维素酯滤膜无菌过滤后，在无菌环境下缓慢倒入4L乙醇中形成沉淀，沉淀经过滤浓缩后真空干燥获得体内植入用海藻酸钠。
所得纯化后的体内植入用海藻酸钠外观为白色粉末，而药用辅料级海藻酸钠原料的外观为淡黄色粉末。
采用瑞士TECAN公司Ifinite M200 PRO多功能酶标仪以BCA法测定不同方法制备的海藻酸钙中杂蛋白残余量。其结果见图1所示，本发明的标准曲线见图1中a所示；不同制备方法的海藻酸钠杂蛋白含量见图1中b所示，市售药用辅料级海藻酸钠中的杂蛋白的含量为0.426％(图1-b-A)，文献报道的方法处理的海藻酸钠中杂蛋白含量分别为0.292％(图1-b-B)、0.325％(图1-b-C)和0.192％(图1-b-D)，本发明制备的海藻酸钠中杂蛋白含量为0.104％(图1-b-E)。结果表明：本发明制备的海藻酸钠中杂蛋白去除率约为76％，效果最好。
采用美国ACC公司PKF64细菌内毒素检测仪，按照《中华人民共和国药典》(2015版)四部通则1143规定的浊度法进行测定不同纯化方法制备的海藻酸钠中内毒素物质残余量。其结果见图2所示，本发明的标准曲线见图2中a所示；不同制备方法的海藻酸钠细菌内毒素含量见图2中b所示，市售药用辅料级海藻酸钠中内毒素含量为7.4×105EU/g(图2-b-A)，文献报道的方法处理的海藻酸钠中内毒素含量分别为3.2×103EU/g(图2-b-B，按照文献：Klock G,Frank H,Houben R,et al.Appl Microbiol Biotechnol,1994,40(5):638-643)、2.7×103EU/g(图2-b-C，按照文献：De Vos P,De Haan BJ,Wolters GH,Strubbe JH,VanSchilfgaarde R.Diabetologia,1997,40(3):262-270)和1.8×102EU/g(图2-b-D，按照专利：ZL200910010654.1)，本发明制备的海藻酸钠中内毒素含量为86EU/g(图2-b-E)。结果表明：本发明制备的海藻酸钠中内毒素去除率达99.9％，效果最好。
实施例2
1.将市售食品级海藻酸钾10g加入到1L蒸馏水中，使用机械搅拌进行溶解，机械搅拌转速为1500rpm，搅拌时间为8小时，得到含量为1.0％(g/ml)的海藻酸钾溶液。
2.步骤1所得溶液经孔径0.45μm微孔折叠膜滤芯过滤，后加入30g活性炭，室温下机械搅拌4小时。
3.同实施例1
4.将步骤3所得海藻酸盐溶液滴入浓度0.2M硫酸溶液中形成海藻酸凝胶微球，经12小时浸泡后，用纯化水充分洗涤凝胶微球。
5.将海藻酸凝胶微球置于2L、100mM碳酸钾溶液中浸泡20小时，然后将凝胶微球取出，以纯化水充分洗涤。
6.向洗脱后的海藻酸凝胶微球中，加入pH 12.0碳酸氢钾溶液中，直至微球溶解，最终溶液pH7.0。
7.向溶液中加入100mL的多粘菌素B琼脂糖，搅拌吸附6h，以孔径0.8μm混合纤维素酯微孔膜过滤除去多粘菌素B琼脂糖。
8.溶液经孔径0.2μm混合纤维素酯滤膜无菌过滤后，在无菌环境下缓慢倒入5L无水乙醇中形成沉淀，沉淀经过滤浓缩后真空干燥获得体内植入用海藻酸钾。
实施例3
1.原料为海藻酸铵，其他条件同实施例2。
2.同实施例2；
3.同实施例1；
4.将步骤3所得海藻酸盐溶液滴入浓度1M醋酸溶液中形成海藻酸凝胶微球，经24小时浸泡后，用纯化水充分洗涤凝胶微球；
5.碱溶液为氨水，其他条件同实施例2；
6.碱溶液为氨水，其他条件同实施例2；
7.同实施例2；
8.同实施例2，最终获得体内植入用海藻酸钾。
实施例4
1.将市售食品级海藻酸钠10g加入到0.35L蒸馏水中，使用机械搅拌进行溶解，机械搅拌转速为1500rpm，搅拌时间为6小时，得到含量为2.86％(g/ml)的海藻酸钠溶液。
2.步骤1所得溶液经孔径0.45μm微孔折叠膜滤芯(聚丙烯滤芯(PP))过滤，后加入2g活性炭，室温下机械搅拌6小时。
3.含活性炭溶液经孔径0.8μm微孔折叠膜滤芯过滤除去活性炭，所得溶液中再次加入活性炭，重复吸附及脱碳过滤过程5次。
4.将步骤3所得海藻酸盐溶液经二流体雾化喷头喷入浓度0.01M盐酸溶液中形成海藻酸凝胶微球，经2小时浸泡后，用纯化水充分洗涤凝胶微球。
5.将海藻酸凝胶微球置于2L、50mM碳酸钠溶液中浸泡8小时，然后将凝胶微球取出，以纯化水充分洗涤。
6.向洗脱后的海藻酸凝胶微球中，加入pH 9.0碳酸钾溶液中，直至微球溶解，最终溶液pH 6.0。
7.向溶液中加入50mL的多粘菌素B琼脂糖，搅拌吸附12h，以孔径0.8μm混合纤维素酯滤膜过滤除去多粘菌素B琼脂糖。
8.溶液经孔径0.2μm混合纤维素酯滤膜无菌过滤后，在无菌环境下缓慢倒入4L乙醇中形成沉淀，沉淀经过滤浓缩后真空干燥获得体内植入用海藻酸钠。
实施例5
1.将市售食品级海藻酸钠10g加入到3.3L蒸馏水中，使用机械搅拌进行溶解，机械搅拌转速为1500rpm，搅拌时间为6小时，得到含量为0.3％(g/ml)的海藻酸钠溶液。
2.步骤1所得溶液经孔径0.22μm微孔折叠膜滤芯(聚醚砜滤芯(PES))过滤，后加入100g活性炭，室温下机械搅拌6小时。
3.含活性炭溶液经孔径0.8μm微孔折叠膜滤芯过滤除去活性炭。
4.将步骤3所得海藻酸盐溶液经二流体雾化喷头喷入浓度2M醋酸溶液中形成海藻酸凝胶微球，经48小时浸泡后，用纯化水充分洗涤凝胶微球。
5.将海藻酸凝胶微球置于2L、100mM碳酸钠溶液中浸泡48小时，然后将凝胶微球取出，以纯化水充分洗涤。
6.向洗脱后的海藻酸凝胶微球中，加入pH 14.0氢氧化钠溶液中，直至微球溶解，最终溶液pH 8.0。
7.向溶液中加入50mL的多粘菌素B琼脂糖，搅拌吸附0.5h，以孔径0.8μm混合纤维素酯滤膜过滤除去多粘菌素B琼脂糖。
8.溶液经孔径0.2μm混合纤维素酯滤膜无菌过滤后，在无菌环境下缓慢倒入4L乙醇中形成沉淀，沉淀经过滤浓缩后真空干燥获得体内植入用海藻酸钠。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种体内植入用水溶性海藻酸盐的制备方法，其特征在于，以市售食品级或药用辅料级水溶性海藻酸盐为原料，经微孔过滤及多级活性炭吸附后，再经酸化形成海藻酸凝胶微球；此海藻酸凝胶微球经碱性溶液洗脱后重新溶解并经多粘菌素B琼脂糖吸附后，在无菌环境下，用有机溶液将海藻酸盐析出并真空干燥；
所述海藻酸凝胶微球经碱性溶液洗脱后重新溶解并经多粘菌素B琼脂糖吸附的具体过程为：
K1. 将洗涤后的海藻酸凝胶微球置于pH 8.0~10.0，50mM~500mM的碱性溶液中，海藻酸凝胶微球与碱性溶液的体积比为2:1~0.2:1，浸泡8~48小时，然后将海藻酸凝胶微球取出，用纯化水充分洗涤；
K2. 向洗脱后的海藻酸凝胶微球中加入pH 9.0~14.0的碱性溶液直至微球溶解，调节溶液pH 6.0~8.0；
K3. 向步骤K2所得溶液中加入体积比0.1%~10%的多粘菌素B琼脂糖，搅拌吸附0.5~12小时，用孔径0.8μm混合纤维素酯滤膜过滤除去多粘菌素B琼脂糖；
所述经微孔过滤及多级活性炭吸附后，再经酸化形成海藻酸凝胶微球的具体过程为：
S1. 将原料溶解在纯化水中，得水溶性海藻酸盐溶液，浓度为0.3%~3% g/ml；
S2. 将水溶性海藻酸盐溶液经微孔折叠膜滤芯过滤后加入活性炭进行吸附，水溶性海藻酸盐与活性炭的质量比为5:1~0.1:1，室温条件下机械搅拌0.5~20小时；
S3. 将含活性炭溶液利用微孔折叠膜滤芯进行脱碳，将经脱碳后所得溶液再次加入活性炭，重复吸附及脱碳过滤过程；
S4. 将步骤S3所得海藻酸盐溶液经二流体雾化喷头喷入浓度0.01M~2M酸溶液中形成海藻酸凝胶微球，经2~48小时浸泡后，用纯化水充分洗涤海藻酸凝胶微球。
2.根据权利要求1所述的一种体内植入用水溶性海藻酸盐的制备方法，其特征在于，所述水溶性海藻酸盐为海藻酸钠、海藻酸钾和/或海藻酸铵。
3.根据权利要求1所述的一种体内植入用水溶性海藻酸盐的制备方法，其特征在于，所述微孔折叠膜滤芯为孔径0.8μm、0.45μm、0.22μm的聚丙烯滤芯、聚醚砜滤芯或聚四氟乙烯滤芯。
4.根据权利要求1所述的一种体内植入用水溶性海藻酸盐的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述吸附及脱碳过滤过程为1~5次。
5.根据权利要求1所述的一种体内植入用水溶性海藻酸盐的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述酸溶液为盐酸、醋酸和/或硫酸。
6.根据权利要求1所述的一种体内植入用水溶性海藻酸盐的制备方法，其特征在于，步骤K1、K2中，所述碱性溶液分别为碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液、碳酸钾溶液、氢氧化钾溶液或氨水。
7.根据权利要求1所述的一种体内植入用水溶性海藻酸盐的制备方法，其特征在于，所述在无菌环境下，用有机溶液将海藻酸盐析出并真空干燥的具体过程为：
将被多粘菌素B琼脂糖吸附后的海藻酸盐溶液经孔径0.2μm混合纤维素酯滤膜无菌过滤，在无菌环境下缓慢倒入有机溶液中形成沉淀，沉淀经过滤浓缩后真空干燥即可获得水溶性体内植入用海藻酸盐。
8.根据权利要求7所述的一种体内植入用水溶性海藻酸盐的制备方法，其特征在于，所述有机溶液为C1~C3的醇、醚和/或酮；海藻酸盐溶液与有机溶液的体积比为1:1~1:10。
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